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Tensione e corrente

Articolo n° 1 su 13 del corso "Elettrotecnica di base". Vai all'indice del corso.

Paragrafi dell'articolo:

  1. Introduzione
  2. Riflessioni generali sui fenomeni fisici
  3. I fenomeni elettrici nella storia
  4. La struttura della materia
  5. Le unità di misura del S.I.
  6. Corrente ed intensità
  7. Potenziale elettrico e tensione
  8. Potenza elettrica
  9. Strumenti di misura
  10. Conclusioni
Introduzione

Il  corso di Elettrotecnica che inizia, si prefigge di indagare e spiegare,  per utilizzarle con padronanza, le leggi che regolano il funzionamento dei circuiti elettrici.

Nell' articolo d'esordio si  esaminerà, con riflessioni fisiche e storiche, il percorso che ha determinato l'individuazione delle grandezze elettriche fondamentali: l'intensità di corrente e la tensione elettrica.

Una chiara coscienza del loro significato fisico,  è il presupposto per capire e scegliere, senza incertezze, le strade dell'analisi e della sintesi dei circuiti elettrici.

Riflessioni generali sui fenomeni fisici

Capire i fenomeni di  un qualsiasi sistema fisico significa saperne interpretare le trasformazioni, e le ragioni di esse.

Si tratta cioè di riuscire a distinguere ciò che appare effetto da ciò che può essere considerato causa, due parole che implicano una relazione, obiettivo dello studio.

Gli effetti sono ciò cui i nostri sensi (o le loro estensioni) sono immediatamente sensibili: ad esempio il calore, la luce, le variazioni di posizione e di forma   dei corpi nel tempo. Le cause  che li producono sono, in un certo senso nascoste,  ed il compito dello studioso è individuarle ed interpretarle legandole all'effetto.

Il legame si sintetizza  in formule matematiche, gli strumenti  per creare modelli astratti  dei sistemi fisici.

Il modello matematico consente di prevedere l'evoluzione del sistema, cioè permette di determinare, sia qualitativamente che quantitativamente, gli effetti dell'azione di cause note.

I confini tra causa ed effetto non sono però così netti: causa ed effetto si presentano sempre insieme, in un'unità  inscindibile, ed il separarle è spesso una scelta, dovuta alle ragioni tecniche di un'utilizzazione pratica del fenomeno.

Si pensi al campo elettromagnetico nel vuoto: in un punto dello spazio in cui esiste un campo elettrico variabile, c'è un campo magnetico variabile che produce un campo elettrico variabile che…Un susseguirsi infinito di cause che producono effetti che diventano cause, dove non si riconosce un inizio ed una fine.

Il concetto che accomuna l'evolversi di ogni sistema fisico è l'energia.

Un effetto è la manifestazione di un'energia, conseguenza a sua volta di una variazione d'energia di forma diversa. L'evoluzione di un sistema, la sua vita se vogliamo, è un continuo pulsare di trasformazioni e l'energia rinnova, in chiave moderna, il mito di Proteo, il dio marino dell'antica Grecia specializzato in qualsiasi metamorfosi: animale o fiamma o vento o acqua.  E' curioso come spesso capiti di trovare immagini dei nostri concetti più evoluti nelle visioni fantastiche dell'antichità.

I fenomeni elettrici nella storia

Il tema  del corso è l'elettrotecnica con le sue applicazioni.

L'elettrotecnica studia ed interpreta, ai fini di una utilizzazione pratica, i fenomeni elettrici, cioè le manifestazioni energetiche associate a quella che è considerata l'intima natura della materia, cioè il suo essere composta di particelle elementari che interagiscono con forze repulsive se dello stesso tipo, attrattive in caso contrario.

E' una constatazione antica l'esistenza di questa proprietà della materia.  La prima volta fu notata strofinando l'ambra, una resina fossile di colore prevalente dal giallo miele al rosso granato. In latino il nome dell'ambra, direttamente derivato dal greco, è electrum.

Ma per secoli il fenomeno non trovò serie e pratiche utilizzazioni.

Finché Alessandro Volta (1745-1827),  alla fine del XVIII secolo, costruì il primo generatore elettrico, la sua celebre pila.

Il dispositivo era in grado di creare  una distribuzione non uniforme di cariche elettriche presenti in un corpo, dando origine a forze capaci di produrre un movimento di cariche in una direzione preferenziale, mantenendolo nel tempo.

Una possibilità che si dimostrò ben presto sorgente di effetti importanti che lasciavano presagire notevoli applicazioni pratiche.

Effetti legati al movimento di cariche, che si manifestarono come sviluppo di calore nei corpi materiali in cui il movimento avveniva (effetto termico), ma soprattutto con interazioni inaspettate con un altro fenomeno fisico noto, il magnetismo (effetto magnetico).

Ovviamente continuava ad essere presente il fenomeno elettrico di attrazione - repulsione tra le cariche (effetto elettrostatico), per il quale il fisico francese Ch. A.Coulomb (1736-1806) aveva già formulato la sua celebre legge, formalmente simile alla legge di gravitazione del grande Isaac Newton (1642-1727), la quale stabiliva che la forza di interazione tra le cariche agiva secondo la retta congiungente il loro baricentro, era proporzionale al prodotto delle cariche ed inversamente proporzionale al quadrato della distanza dei baricentri.

Immediatamente iniziarono indagini sperimentali e costruzione di modelli teorici di interpretazione.

Nel 1826 il fisico tedesco G.S. Ohm (1787-1854) enunciò la sua celebre legge per i conduttori, e già nel 1820 il fisico danese H.C. Oersted (1777-1851) studiava l'influenza del movimento di cariche sull'ago magnetico. Il fisico francese A.M. Ampere (1775-1836) elaborò in quegli anni una consistente teoria dell'effetto magnetico, che W.E. Weber (1804-1891) completò con un'impostazione newtoniana, mentre il grande fisico inglese M. Faraday (1791-1867) scopriva il modo di produrre un movimento di cariche per mezzo di un  campo magnetico, inseguendo l'idea che se un movimento di cariche dava luogo a forze magnetiche, in un qualche modo le forze magnetiche avrebbero dovuto produrre un movimento di cariche. La sua celebre e fondamentale legge è del 1831. Infine sempre Faraday, con una sensibilità che la sua abilità di sperimentatore rendeva sempre  più immaginifica ed acuta, distaccandosi dall'impostazione di Weber, cominciò a concepire il campo di forze come una realtà fisica concreta capace  di trasmettere a distanza le interazioni tra i corpi.  A partire da quest'idea poderosa, il fisico teorico scozzese J.C. Maxwell (1831-1879) riuscì ad elaborare, nel 1873, la sua teoria dinamica del campo elettromagnetico, mostrando che non solo un movimento di cariche materiali era in grado di produrre un campo magnetico, che non solo un campo magnetico variabile produceva un campo elettrico variabile, ma che anche un campo elettrico variabile dava origine ad un  campo magnetico variabile.

L'indagine conoscitiva dei fenomeni elettrici non si concluse, come ben sappiamo, con le intuizioni e le elaborazioni teoriche di Maxwell. Si può anzi affermare che da allora iniziò un vertiginoso sviluppo delle applicazioni, che è prepotentemente ancora davanti ai nostri occhi con tutte le implicazioni positive e gli inevitabili problemi.

La struttura della materia

Iniziamo allora l'indagine e la definizione delle grandezze descrittive dei fenomeni elettrici, dei modi grafici  e letterali utilizzati per la loro rappresentazione matematica, delle relazioni che tra di esse intercorrono, con l'attenzione sempre rivolta alla loro matrice energetica.

Le cariche elettriche costituenti la materia sono convenzionalmente distinte in positive e negative. La più piccola carica esistente è detta carica elementare.

Le particelle che ne sono naturalmente dotate sono l'elettrone ed il protone. Le chiamiamo particelle per comodità, ma il senso che noi attribuiamo alla parola particella, non rispecchia la loro intima natura, come  ormai ha dimostrato la meccanica quantistica, evidenziandone un'intrinseca ambiguità, in cui l'elettrone è un vero maestro: il dualismo onda-particella.

Le unità di misura del S.I.

Ogni grandezza fisica ha un'unità di misura, cioè esiste una grandezza dello stesso tipo cui si è attribuito convenzionalmente il valore unitario. Il valore della grandezza non è altro che il numero che esprime quante unità occorrono per costruirla. L'insieme, universalmente adottato, delle grandezze assunte come unità  di misura, è il sistema internazionale (SI). Le unità di misura indipendenti tra loro e la cui scelta è sostanzialmente arbitraria, sono dette fondamentali. Quelle che si ricavano dalle fondamentali, mediante le relazioni matematiche che descrivono i fenomeni fisici in cui le grandezze intervengono, si dicono derivate. Fondamentali sono il metro [m], il chilogrammo [kg], il secondo [s], l'ampere [A], il grado Kelvin [K], la mole [mol], la candela [cd].

Tra le derivate ricordiamo l'unità di misura della forza, il newton [N] prodotto di chilogrammo massa per metro diviso secondo al quadrato [N]=[kg][m][s]-2 e dell'energia, il joule [J ] che è il prodotto di newton per metro: [J]=[N][m].

L'unità di misura della carica elettrica nel SI è il Coulomb [C], una grandezza concettualmente fondamentale, ma che nel sistema SI è derivata dall'ampere, nel modo che fra poco vedremo.

La carica elementare dell'elettrone, convenzionalmente negativa, uguale in valore assoluto a quella del protone, convenzionalmente positiva, è pari a 1,602*10-19 C.

Protoni ed elettroni formano l'atomo, i protoni la parte centrale (il nucleo), gli elettroni, in numero uguale ai protoni, la periferia. Possiamo raffigurarci gli elettroni come particelle che ruotano intorno al nucleo, i più esterni ad enormi distanze se rapportate al diametro del nucleo (decine di migliaia di volte maggiore), ma probabilmente, se li potessimo vedere, ci apparirebbero come una nebbia leggerissima che avvolge, in forme simmetriche e curiose (gli orbitali), il massiccio nucleo puntiforme. La massa del protone è 1,67*10-27 kg, la massa dell'elettrone 1836 più piccola. Gli elettroni, pur avendo a disposizione praticamente la totalità dello spazio occupato dall'atomo, hanno una massa che è, in generale, molto meno di un duemillesimo della massa totale, se si tiene conto che nel nucleo, oltre ai protoni, ci sono i neutroni, che hanno carica elettrica nulla e massa praticamente uguale a quella dei protoni.

Eppure, questa specie di nulla, è il protagonista indiscusso dei fenomeni elettrici, e non solo di quelli.

Gli atomi si possono aggregare in molecole, e l'aggregazione di atomi o di molecole dello stesso tipo è una sostanza. La struttura è un reticolo in cui gli atomi occupano i vertici ed i cui lati sono, in un certo senso, la materializzazione delle forze che li tengono uniti, poste in essere dalle interazioni elettroniche.

Corrente ed intensità

In alcune sostanze (gli isolanti) nessun elettrone si sposta dal volume controllato dal nucleo; in altre invece gli elettroni che ne sono più distanti ( elettroni di valenza, responsabili primari della formazione dei composti chimici) riescono a liberarsi dal vincolo che li lega ad esso, diffondendosi nel reticolo. Ciò avviene in quanto la configurazione energetica tracciata nello spazio dal reticolo atomico forma un avvallamento dove gli elettroni scivolano trovandovi libertà di movimento (la banda di valenza). L'insieme di questi elettroni liberi  è come  un gas. Il loro vagare attraverso il reticolo nella valle loro riservata, è rapidissimo e casuale, determinato dalla temperatura.

La fig. 1.1 mostra come potrebbe apparire il reticolo di un conduttore (le "palline" sfumate sono gli elettroni liberi, i"palloncini" colorati gli orbitali degli elettroni che avvolgono il nucleo invisibile).

fig. 1.1

Questa specie di gas può essere messa in movimento in una direzione preferenziale, come il fluido in una tubazione. E' quel che riesce a fare il generatore elettrico, il quale non genera alcuna carica elettrica, ma crea un campo di forze che le sollecita conferendo loro l'energia potenziale che potrà trasformarsi in cinetica. Il generatore è paragonabile ad una pompa che mette in movimento le particelle di un fluido, senza crearle, come ben sappiamo. La posizione delle particelle di fluido nel campo gravitazionale determina la loro energia potenziale che potrà divenire cinetica. Il ripristino dell'energia cinetica, trasformata ad esempio in calore e lavoro, è compito della pompa nel caso del fluido, del generatore per le cariche elettriche, i quali possono rifornirsi all'esterno dei rispettivi campi che fungono, come dire, da organi di trasmissione dell'energia.

Le sostanze che dispongono di elettroni liberi sono i metalli ed è il movimento del loro insieme in una direzione determinata che chiamiamo corrente elettrica. Per questa possibilità i metalli sono detti conduttori.  La corrente elettrica come cariche in movimento fu una deduzione antecedente alla scoperta dell'elettrone, avvenuta nel 1897 con gli esperimenti di J.J. Thomson (1856-1940) sui raggi catodici. Si era già ipotizzato che fossero le cariche positive a spostarsi, e si  assunse allora come verso della corrente quello del loro moto d'assieme. Gli elettroni però si muovono in senso opposto, ma il verso della corrente è stato mantenuto ed è stato chiamato verso convenzionale.

In alcune situazioni, quelle, tra l'altro, che hanno permesso la costruzione del primo generatore, ci sono cariche positive e negative che si muovono in senso opposto dando origine ad una corrente elettrica. Succede nelle soluzioni, dove la molecola di un sale (ad esempio il cloruro di sodio, NaCl) si scompone in ioni positivi (Na+) e ioni negativi (Cl-). Gli ioni sono atomi (o gruppi di atomi) che hanno una carenza di elettroni (ioni positivi) od un eccesso di elettroni (ioni negativi). Essi hanno perciò sempre una carica elettrica uguale o multipla della carica elementare ma, com'è facile intuire, una massa molto più grande.

Il movimento di un insieme di particelle qualsiasi, lo chiamiamo flusso e può efficacemente essere descritto dal numero di particelle che attraversano una sezione di controllo. Si impone allora l'esigenza di definirne l'intensità, una grandezza dipendente dal numero di  particelle transitanti e dalla loro velocità. E' così che prende forma il primo fondamentale concetto dell'elettrotecnica, quello di intensità di corrente.

In questo caso interessa il numero di particelle cariche, meglio ancora la quantità di elettricità da esse trasportata. Quantità di elettricità contiene una sottile distinzione rispetto a quantità di carica, sottolineando che i fenomeni elettrici che si osservano all'esterno di in un volume occupato da cariche di segno opposto, sono dovuti alla somma algebrica dei loro valori.

L'intensità di corrente è allora definita come la quantità di elettricità che attraversa la sezione di controllo del flusso di cariche in un corpo nell'unità di tempo, cioè:

I=Q/t                         1.1

avendo indicato con t l'intervallo di tempo in cui la quantità di elettricità Q, è transitata attraverso la sezione.

Nel caso in cui, come succede nelle soluzioni elettrolitiche, transitino attraverso la sezione cariche di segno opposto in senso opposto, occorre fare la somma aritmetica dei loro valori assoluti. La somma algebrica andrebbe eseguita per cariche di segno opposto che si muovono nello stesso senso.
L'intensità di corrente è espressa da un numero relativo. Il valore assoluto è la sua misura in ampere che, come deducibile dalla precedente definizione, corrisponde a coulomb diviso secondo:[A]=[C][s]-1. Il segno è riferito al verso convenzionale scelto preventivamente ed arbitrariamente per la corrente nel corpo in esame. Se positivo, significa che le cariche positive si muovono proprio secondo il verso prefissato o, ciò che è lo stesso, le cariche negative si muovono in senso opposto. Il contrario se il segno dell'intensità è negativo.
Occorre ora ricordare che il campione di unità di misura assunto per le grandezze elettriche nel SI, è proprio l'ampere. Le ragioni risiedono nel fenomeno fisico di riferimento che è facilmente riproducibile in ogni attrezzato laboratorio. Si chiama ampere assoluto ed è definito come l'intensità di quella corrente che attraversando due fili paralleli di sezione trascurabile, di lunghezza teoricamente infinita, posti alla distanza di un metro nel vuoto, determina in essi una forza trasversale di attrazione (correnti equiverse) o di repulsione (correnti controverse) che, per ogni metro di lunghezza dei fili vale 2*10-7 newton.
Si capisce allora perché il coulomb sia una grandezza derivata, chiamata ampere*secondo. Non sarà inutile ricordare che proprio un multiplo di questa grandezza è usato per definire la carica di una batteria per autoveicoli. Si parla in questo caso di ampere*ora che corrispondono a 3600 ampere*secondi cioè 3600 coulomb.
E' importante considerare anche l'intensità di corrente specifica detta densità di corrente. Essa è definita dal rapporto tra l'intensità di corrente e l'area della sezione di controllo perpendicolare al movimento delle cariche:

J=I/A.

E' la grandezza che meglio ci informa sul grado di sollecitazione subito dal conduttore per il movimento di cariche. E' proporzionale al numero di elettroni liberi per unità di volume, alla loro comune velocità di spostamento (che è molto piccola: ordine di grandezza, dmm/s !) , nonché alla carica dell'elettrone, e. Si ha


J=n*e*v.

Per il rame n=8,5*1028 elettroni liberi ogni metro cubo, quindi se in un conduttore la densità è di 10 A/mm2, si ha v=J/(ne)=10*106/(8,5*1028 * 1,602*10-19)=0,7 mm/s.

Quanto descritto finora con  parole che dovrebbero aiutare a comprendere il fenomeno visualizzandolo, come dire, agli occhi della mente, trova una sintesi matematica e grafica nella figura 1.2

fig. 1.2

Potenziale elettrico e tensione

La causa del possibile movimento di cariche è lo stato energetico da esse assunto nei diversi punti del corpo per l'azione del generatore.

Si definisce potenziale elettrico di un punto l'energia che l'unità di carica positiva  possiede quando si trova in quel punto. L'unità di misura del potenziale è allora il joule diviso coulomb e si chiama volt, in onore dell'inventore del primo generatore:[V]=[J][C]-1

Il potenziale di un punto P si indica con VP.

Ciò che conta all'interno del corpo, non è il valore assoluto dell'energia posseduta dall'unità di carica ma il suo valore relativo rispetto ad un punto del corpo, chiamato massa, cui convenzionalmente si attribuisce il potenziale zero. Il potenziale di un punto è quindi definito a meno di una costante arbitraria, che è il valore di potenziale che si può attribuire alla massa.

Gli effetti elettrici, quindi l'intensità di corrente dove sono presenti cariche libere, sono determinate dalle differenze di potenziale tra i  punti.

Per questo la differenza di potenziale tra due punti A e B (d.d.p) è detta  tensione elettrica; indicata con UAB, è  definita dalla differenza tra il potenziale del punto A meno il potenziale del punto B,

UAB=VA-VB                 1. 2

E' evidente che il volt è l'unità di misura anche della tensione elettrica. Il potenziale di un punto non è altro allora che la tensione tra quel punto e massa e le tensioni tra i vari punti del corpo non cambiano modificando il potenziale assoluto della massa.

Il potenziale nei diversi punti di un corpo è da attribuire all'azione del generatore.

Si definisce forza elettromotrice (f.e.m.) di un generatore la totale quantità di energia da esso fornita all'unità di carica positiva che transita attraverso di esso. Il simbolo comunemente usato è E. Si misura, ovviamente ancora in volt, per cui il nome di forza non deve trarre in inganno. La f.e.m. non è una forza fisica (che si misura in newton) ma una energia specifica. Essa crea un campo di forze che può essere considerato il serbatoio dell' energia elettrica allo stato potenziale.

La fig. 1.3 sintetizza graficamente le considerazioni esposte..

figura 1. 3

La tensione  è rappresentata con un segmento tra i due punti, orientato verso il potenziale minuendo dell'espressione della d.d.p. Il suo valore è  un numero relativo il cui valore assoluto corrisponde alla misura  in volt della tensione, cioè del lavoro che compete all'unità di carica positiva che si sposta tra i due punti. E' positivo se il potenziale di partenza è maggiore di quello d'arrivo, il che indica che le cariche positive stanno perdendo energia, quindi stanno facendo un lavoro, negativo in caso contrario, quando la carica positiva acquista energia.

Potenza elettrica

La potenza di un sistema  è l'energia che esso trasforma  nell'unità di tempo. Molte macchine possono fare lo stesso lavoro, ma la macchina che lo fa in meno tempo è più potente. La potenza serve quindi a caratterizzare una macchina. Il lavoro corrisponde alla variazione di energia del sistema.

E' abbastanza agevole trovare l'espressione della potenza elettrica, che non è un nuovo tipo di potenza, ma la potenza nella sua accezione generale espressa in termini di grandezze elettriche.

Quando una carica Q positiva si sposta tra due punti, se indichiamo con U la tensione tra di essi, il lavoro fatto dalla carica è, per definizione di tensione, L=Q*U. Se il lavoro è eseguito nell'intervallo di tempo t, la potenza, per definizione, è data da P=L/t cioè P=U*Q/t. Ma Q/t è l'intensità di corrente, quindi l'espressione della potenza diventa:

P=U*I                          1. 3

E' stato detto che sia U che I sono grandezze algebriche e che il loro segno va riferito alla convenzione adottata per la loro rappresentazione. Anche la potenza ha dunque un segno che va riferito ad un verso che indica il flusso di energia. Il verso di riferimento del flusso di energia è quello che ha l'intensità di corrente nel punto a potenziale più alto.

La sua unità di misura è il watt [W] che corrisponde a joule diviso secondo:[W]=[J][s]-1.
Il chilowattora [kWh] è un'unità di energia (non di potenza!, come a volte si sente dire nei media di massa) in pratica molto usata: esso corrisponde all'energia di una macchina della potenza di un kW che funziona per un'ora.

La figura 1.4 sintetizza il concetto esposto. La freccia rossa indica il verso positivo del flusso di potenza.

fig. 1.4

Strumenti di misura

L'intensità di corrente si misura con l'amperometro, uno strumento con due terminali che deve essere attraversato dalla intensità.il cui verso convenzionale deve entrare dal morsetto contrassegnato per fornire una indicazione positiva. L'amperometro ideale ha una tensione nulla tra i suoi terminali (UA=0). (fig. 1.5. a)

La tensione si misura con il voltmetro uno strumento con due terminali che devono essere collegati ai punti di cui si vuol sapere la d.d.p. Per dare una indicazione positiva il punto a potenziale più alto deve corrispondere al morsetto contrassegnato. Il voltmetro ideale non è attraversato da corrente (IV=0). (fig. 1.5. b)

La potenza si misura con il wattmetro un quadripolo composto da un bipolo amperometrico ed uno voltmetrico. E' ideale se amperometrica e volumetrica sono ideali. (fig. 1.5. c)

figura 1. 5

Conclusioni

All'interno di ogni sistema elettrico esiste un equilibrio dinamico tra l'energia di posizione delle cariche (potenziale, tensione) e l'energia di movimento (cinetica, corrente) mentre esso scambia energia con l'esterno (generatori ed utilizzatori con l'inevitabile produzione di energia termica).

L'Elettrotecnica studia come produrre scambi energetici nella forma desiderata stabilendo gli equilibri interni al sistema. Per farlo è necessario conoscere il comportamento elettrico di ogni componente del sistema. Ciò significa trovare il legame tra l'intensità di corrente che fluisce tra due punti  per l'azione della tensione tra di essi e la tensione stessa

In pratica esplicitare la funzione

I=f(U)

per ogni di componente, che, proprio perché la tensione coinvolge due punti (poli), si chiama bipolo.

Quanto sopra sarà oggetto degli articoli che seguiranno nei prossimi numeri

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Commenti e note

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di ,

Da studente di Ingegneria elettronica, dopo aver concluso il primo blocco di esami di base, mi sto apprestando ad entrare nel vivo della materia con i vari corsi di elettrotecnica ed elettronica, e questo nuovo ciclo ( per mia fortuna ) sta iniziando proprio in concomitanza della scoperta del sito ElectroYou, quindi il mio ragionamento è il seguente "perchè non integrare le cose che si studiano all'università con le tante cose interessanti presenti su questo sito?" ed ecco l'idea di spulciare tra i vari articoli presenti per cercare di raccogliere quante più cose possibili, ed il mio viaggio, dopo una riflettuta analisi, voglio farlo cominciare da questo corso. Mi conservo i ringraziamenti per la fine del corso, il quale già dalla prima lezione alcune cose mi ha chiarito o aiutato a comprendere, peccato solo per la formattazione che non aiuta molto la lettura, ma una volta stampato il tutto in pdf con l'opzione evidenziatore di adobe reader ognuno può aggiustare la formattazione a suo piacimento, quindi questo non è un grande problema. Che dire non mi resta che continuare la lettura, ci si risente all'ultima lezione. Saluti.

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di ,

Ciò avviene in quanto la configurazione energetica tracciata nello spazio dal reticolo atomico forma un avvallamento dove gli elettroni scivolano trovandovi libertà di movimento (la banda di valenza). In realtà in un conduttore non si può parlare di banda di valenza, mentre in un semiconduttore c'è anche la banda di conduzione

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di ,

hai ragione admni la prossima volta che esprimerò un mio commento farò come mi suggerisci, cercherò di essere più costruttivo..

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di ,

asdf, sto vedendo un sacco di commenti tuoi a raffica sempre, mono o al massimo biparola, con "complimenti","interessante","chiaro" ecc.. Uno ci fa piacere, due anche, anche tre, ma quando diventano decine distanziati di pochi minuti se non addirittura secondi, viene un sospetto che può diventare certezza. Capisco l'entusiasmo ma che ne diresti di un po' di equilibrio? Oppure qualche commento più elaborato? Con qualche critica? possibile che tutto sia così perfetto?

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di ,

complimenti all'autore

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di Marianna Fusito,

Il video era incomprensibile

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di ,

Veramente interessante, però se non si ha una buona base certi passaggi diventano incomprensibili. Jack

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di Pino,

Ottime illustrazioni, sicuramente utili ma bisogna conoscere prima l'inglese

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di ,

E sempre curiosando su youtube, ecco una lezione sulla struttura della materia, utile anche per imparare a capire l'inglese

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di ,

Curiosando su youtube ho trovato questa lezione. La propongo per chi si fosse stancato di leggere le chiacchiere precedenti ed anche per chi è arrivato fino in fondo.

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di febs,

rettifico la prima parte della nota precedente. Ho riletto e ora i conti mi tornano. Invece rimane valido :-) il suggerimento circa l'esplicitare che generatore e pompa fanno muovere elettroni e fluido in un circuito. grazie ancora

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di febs,

1) inizialmente avevo considerato la densità di elettroni per metro cubo come costante privo di unità di misura, ma in questo modo il risultato dell'analisi dimensionale non è in metri al secondo.
Grazie, saluti
2) Il fatto è che il testo in quella parte non nomina la parola CIRCUITO. Posso essere d'accordo sul fatto che circuito implichi "chiuso" (anche banalmente dal punto di vista semantico!) ma la parola "circuito" non viene nominata. Dal testo: "Questa specie di gas può essere messa in movimento in una direzione preferenziale, come il fluido in una tubazione."

Rispondi

di ,

febs,
1)Per quanto riguarda la "E", unità di misura che pensi di avere inventato, ti faccio osservare che si tratta di un numero puro. Quindi non ha alcuna dimensione fisica. Come dire il numero di palline in una scatola, od il numero di elementi di qualsiasi altro insieme di oggetti. La dimensione fisica di numero puro/m3 è m-3.

2) Per quanto riguarda la seconda osservazione, ti faccio notare che "circuito" indica già un qualsiasi percorso chiuso. Il chiuso o aperto riferito ad un circuito elettrico sta ad indicare la possibilità delle cariche di circolare o meno per la presenza di una barriera o meno, non la possibilità che le cariche fuoriescano dal conduttore. Analogamente aperto o chiuso in un circuito idraulico, non sta ad indicare che l'accqua fuoriesca o meno dal tubo. La barriera è una valvola che nel caso elettrico chiamiamo interruttore. La differenza è che una valvola idraulica aperta corrisponde ad interruttore elettrico chiuso. E' una discordanza che troviamo però nella nostra lingua italiana. In inglese si usano ON e OFF con lo stesso significato nei due casi. Lo stato dell'interruttore o della valvola non fa venir meno l'analogia del generatore con la pompa. Se le cariche non possono circolare esso genera tensione ai capi della barriera, mentre la pompa, se il fluido non può circolare genera pressione sul diaframma della barriera.

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di febs,

Buongiorno ancora. Cercando di risolvere l'equazione relativa alla velocità degli elettroni nel rame ho trovato difficoltà con l'analisi dimensionale. Nel senso che se per N (numero di elettroni liberi nel rame) adopero l'unità di misura semi improvvisata E/m^3 (con E=elettroni) allora i conti tornano dando come risultato l'unità di misura "millimetri / (secondi * elettrone)" ovvero mm/(s*E). Ha senso? Circa il discorso precedente relativo al circuito chiuso, invece, ho notato che in effetti questo aspetto non è esplicitato nel testo, perciò avanzo il suggerimento, da studente, di metterlo in evidenza, è possibile che altri si facciano la stessa domanda e non riescano a visualizzare il concetto... "agli occhi della mente", altrimenti. Grazie molte, ciao

Rispondi

di febs,

ecco, l'anello mancante. Il fatto che si sta parlando di un *CIRCUITO* *CHIUSO*. Grazie! Ciao

Rispondi

di ,

febs,
in un circuito idraulico privo di buchi nei tubi, la pompa fa girare il fluido senza che il tubo si svuoti. Ed il fluido è sempre lo stesso. Pensa al semplice circuito idraulico dell'acqua calda per il riscaldamento; al fluido di raffreddamento dei circuiti di condizionamento. La pompa non è una macchina che spinge l'acqua fuori dai tubi, ma che fa muovere l'acqua nei tubi.

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di febs,

Fatico a concettualizzare in mente il discorso relativo al generatore che produce movimento di elettroni come una pompa produce movimento di un fluido. Immagino una pompa e un tubo. La pompa spinge tutta l'acqua in una direzione, e a un certo punto il tubo si... svuota. Allora secondo la stessa metafora, mi viene da immaginare un cavo elettrico in cui tutti gli elettroni liberi si muovono in una direzione, fino a USCIRE dal cavo. Se "metaforizzo" generatore/elettroni e pompa/fluido non posso pensare che a questo. Ma allora gli elettroni FINIREBBERO, e quindi il generatore dovrebbe alimentare di nuovo il cavo immettendone di nuovi! Siccome a quanto ho capito questo NON è quello che succede, trovo che la metafora della pompa sia fuorviante. Chiedo delucidazioni in merito. Spero di aver fatto un'osservazione utile e condivisa anche da altri. Grazie per il bell'articolo, seguiranno altre richieste di aiuto su parti non chiare :-)

Rispondi

di FabrisS,

veramente ben fatta... complimenti all'autore

Rispondi

di sabato,

BRAVO ANZI BRAVISSIMO.

Rispondi

di Massimiliano,

Ottimo. Nel paragrafo dedicato agli strumenti di misura c'è un errore di battitura: lo strumento W è ideale se l'amperometrica e la VOLTMETRICA sono ideali.

Rispondi

di Napo,

Molto utile anche per studenti di altri settori (nel mio esempio meccanico) che desiderino un'infarinatura superficiale: il linguaggio è colloquiale, come se a parlare fosse un tuo amico, quindi molto comprensibile.Complimenti

Rispondi

di ,

Meglio sarebbe dire: chi ha favorito la sua affermazione come mezzo di trasmissione dell'energia elettrica? In tal caso si può fare il nome di Nikola Tesla, nella seconda metà dell' ottocento.

Rispondi

di ANTONIO,

Chi ha ha inventato la corrente alternata?

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